受载煤岩试件应变场的确定方法及装置

本发明涉及煤岩，尤其涉及一种受载煤岩试件应变场的确定方法及装置。

背景技术：

1、冲击地压是煤矿井巷或工作面周围煤(岩)体积聚的弹性变形能瞬时释放而产生的突然剧烈破坏的动力现象。煤岩作为一种复杂有机岩，属于天然的非均质材料，受成煤期、沉积体系和构造运动的复杂地质演化背景影响，夹矸和裂隙随机分布在煤基质内。在冲击地压灾害防治中对于强冲击倾向性煤岩，这种非均匀特征以及内部相互作用会导致采动应力下煤岩内部极其复杂的能量分布状态。煤岩内部的能量分布状态在评价或预测煤岩力学行为中起着关键作用，特别是对于承受复杂应力状态的强冲击倾向性煤岩，它是理解煤岩动力破坏机制的基础。因此，将受载煤岩内部能量分布在空间连续量化，对于分析煤岩损伤演化过程，预防煤岩动力灾害至关重要。

2、目前，试件能量场获取方法主要有理论计算和试验测试两类。但理论计算方法要求试件的复杂程度不能很高，否则无法得到试件能量场的解析，适用范围有限，而且由于对试件进行了简化，得到的能量场分布与实际情况相差较大。而试验测试方法中，单轴压缩试验测试方法只适用于标准试件，且得到的应变能密度为整个试件的平均密度，不能对应变能在试件内部的分布状态进行表征，基于声发射监测的能量场测量方法更适用于均质的试件，而对煤岩这类型的非均质材料适用性较差，且得到的能量场分布是不连续的。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种受载煤岩试件应变场的确定方法，以实现结合ct(computedtomography，电子计算机断层扫描)技术与dvc(digital volume correlation，数字体积相关)技术，定量表征煤岩尤其是强冲击倾向性煤岩受载全过程内部应变场空间连续分布。

2、本发明的第二个目的在于提出一种受载煤岩试件应变场的确定装置。本发明的第三个目的在于提出一种电子设备。

3、本发明的第四个目的在于提出一种计算机可读存储介质。

4、本发明的第五个目的在于提出一种计算机程序产品。

5、为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种受载煤岩试件应变场的确定方法，包括：

6、获取煤岩试件和所述煤岩试件在未受载状态下的第一扫描图像，以及所述煤岩试件在连续载荷状态下的多个第二扫描图像和应力-应变曲线；根据所述多个第二扫描图像和所述应力-应变曲线，确定所述多个第二扫描图像中每个体素的相对弹性模量，以及根据所述第一扫描图像和所述多个第二扫描图像，确定所述多个第二扫描图像中每个体素的应变量；

7、根据所述多个第二扫描图像中每个体素的相对弹性模量和应变量，确定所述多个第二扫描图像中每个体素的应变能密度，以基于所述多个第二扫描图像和所述多个第二扫描图像中每个体素的应变能密度，确定所述煤岩试件的空间连续应变场。

8、为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种受载煤岩试件应变场的确定装置，包括：

9、获取模块，用于获取煤岩试件和所述煤岩试件在未受载状态下的第一扫描图像，以及所述煤岩试件在连续载荷状态下的多个第二扫描图像和应力-应变曲线；

10、确定模块，用于根据所述多个第二扫描图像和所述应力-应变曲线，确定所述多个第二扫描图像中每个体素的相对弹性模量，以及根据所述第一扫描图像和所述多个第二扫描图像，确定所述多个第二扫描图像中每个体素的应变量；

11、第一处理模块，用于根据所述多个第二扫描图像中每个体素的相对弹性模量和应变量，确定所述多个第二扫描图像中每个体素的应变能密度，以基于所述多个第二扫描图像和所述多个第二扫描图像中每个体素的应变能密度，确定所述煤岩试件的空间连续应变场。

12、为达上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种电子设备，该电子设备包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行前述第一方面的受载煤岩试件应变场的确定方法。

13、为了实现上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种存储有计算机指令的计算机可读存储介质，所述计算机指令用于使所述计算机执行前述第一方面的受载煤岩试件应变场的确定方法。

14、为了实现上述目的，本发明第五方面实施例提出了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现前述第一方面的受载煤岩试件应变场的确定方法。

15、本发明实施例所提供的技术方案包含如下的有益效果：

16、通过获取煤岩试件和煤岩试件在未受载状态下的第一扫描图像，以及煤岩试件在连续载荷状态下的多个第二扫描图像和应力-应变曲线，从而根据多个第二扫描图像和应力-应变曲线，确定多个第二扫描图像中每个体素的相对弹性模量，以及根据第一扫描图像和多个第二扫描图像，确定多个第二扫描图像中每个体素的应变量，进而根据多个第二扫描图像中每个体素的相对弹性模量和应变量，确定多个第二扫描图像中每个体素的应变能密度，以基于多个第二扫描图像和多个第二扫描图像中每个体素的应变能密度，确定煤岩试件的空间连续应变场。由此，可实现结合ct技术与dvc技术，将煤岩内部的相对能量分布空间连续量化，对于分析煤岩，尤其是评价或预测强冲击倾向性煤岩力学行为至关重要，并且对于分析煤岩损伤演化过程、预防煤岩动力灾害有着重要的意义。

17、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种受载煤岩试件应变场的确定方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个第二扫描图像和所述应力-应变曲线，确定所述多个第二扫描图像中每个体素的相对弹性模量，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据根据所述多个第二扫描图像中每个体素的灰度值和空间位置、所述多个第二扫描图像的灰度分布，以及所述煤岩试件的弹性模量，确定所述多个第二扫描图像中每个体素的相对弹性模量，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述针对任一所述第二扫描图像，根据所述第二扫描图像中每个体素的灰度值和空间位置，以及所述第二扫描图像的灰度分布，确定所述第二扫描图像的平均灰度值，包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个第二扫描图像中每个体素的相对弹性模量和应变量，确定所述多个第二扫描图像中每个体素的应变能密度，包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述多个第二扫描图像和所述多个第二扫描图像中每个体素的应变能密度，确定所述煤岩试件的空间连续应变场，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个第二扫描图像，获取所述煤岩试件的煤岩基质与裂隙二值化三维图像，包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一扫描图像和所述多个第二扫描图像，确定所述多个第二扫描图像中每个体素的应变量，包括：

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取煤岩试件和所述煤岩试件在未受载状态下的第一扫描图像，以及所述煤岩试件在连续载荷状态下的多个第二扫描图像和应力-应变曲线，包括：

10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述获取所述煤岩试件在未受载状态下的第一扫描图像、所述煤岩试件在连续载荷状态下的多个第二扫描图像之后，还包括：

技术总结
本发明提出一种受载煤岩试件应变场的确定方法及装置，该方法包括：通过获取煤岩试件和煤岩试件在未受载状态下的第一扫描图像，以及煤岩试件在连续载荷状态下的多个第二扫描图像和应力‑应变曲线，从而根据多个第二扫描图像和应力‑应变曲线，确定多个第二扫描图像中每个体素的相对弹性模量，以及根据第一扫描图像和多个第二扫描图像，确定多个第二扫描图像中每个体素的应变量，进而根据多个第二扫描图像中每个体素的相对弹性模量和应变量，确定多个第二扫描图像中每个体素的应变能密度，以基于多个第二扫描图像和多个第二扫描图像中每个体素的应变能密度，确定煤岩试件的空间连续应变场。由此，可实现受载煤岩试件应变场的空间连续量化。

技术研发人员：洪紫杰,李向上,李振华,崔春阳,杜锋,颜丙乾,曹正正,许磊,王成,熊祖强
受保护的技术使用者：河南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10